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Publicación Semestral Pädi No. 10 (2017) 42-45
Las tecnologías de bajo impacto como alternativa para aprovechar el agua de lluvia en viviendas unifamiliares
Liliana Lizárraga-Mendiola1a, Carlos Alfredo Bigurra-Alzati2b,*, Francisco Omar Lagarda-Garcíab, Silvia Montiel-Palmaa,
María del Refugio González-Sandovala aCA Ingeniería Civil Sustentable y Tecnología de Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Carr. Pachuca-Tulancingo km. 4.5, Col. Carboneras.
C.P. 42184, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. bGI Arquitectura, Tecnología y Habitabilidad. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Carr. Pachuca-Tulancingo km. 4.5, Col. Carboneras. C.P. 42184,
Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. *Autor de correspondencia: [email protected]
Resumen
En este trabajo se analizaron las posibilidades de implementar tecnologías de bajo impacto (cosecha de agua de lluvia en azoteas y pavimento permeable) en viviendas de tipo unifamiliar. Se cuantificaron los volúmenes de agua de lluvia cosechables y se diseñó una mezcla de pavimento permeable para determinar sus propiedades mecánicas (resistencia a la compresión) e hidráulicas (permeabilidad). Se observó que es posible cosechar volúmenes suficientes de agua en azoteas de viviendas unifamiliares con superficies de 100 m2 que satisfagan al menos el 25% del volumen necesario para fines no potables. Además, es posible facilitar la infiltración de escorrentía superficial a través de pavimentos permeables destinados a estacionamientos, cocheras y andadores. Este tipo de tecnologías podrían auto-construirse por usuarios y propietarios.
Palabras Clave: cosecha de agua de lluvia, pavimento permeable, tecnologías de bajo impacto, vivienda unifamiliar.
1 Liliana Lizárraga-Mendiola * Carlos Alfredo Bigurra-Alzati Correos electrónicos: [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]; [email protected]
1. Introducción
El rápido crecimiento en zonas urbanas reduce las áreas que anteriormente favorecían la interceptación del agua de lluvia en superficie o la infiltración y recarga de acuíferos. Las ciudades de Pachuca de Soto y Mineral de la Reforma no son la excepción: muchas zonas dispersas en las partes bajas de ambas ciudades presentan encharcamientos durante la época de lluvias, lo que ocasiona principalmente congestionamientos viales, daño al pavimento, así como un desaprovechamiento de áreas verdes y superficies que podrían volver a favorecer su interceptación e infiltración. Esta problemática podría reducirse si el agua de lluvia se cosecha a nivel de azoteas, ya que reduciría el volumen que escurre sobre vialidades. Además, si se implementa el pavimento permeable al menos en estacionamientos, cocheras y andadores, ese volumen escurrido podría infiltrarse hacia el subsuelo y evitar su conducción hacia el drenaje público.
Cuando las ciudades no cuentan con sistemas eficientes para la recolección del agua de lluvia, ésta se mezcla con el drenaje urbano municipal, el cual transporta el agua residual proveniente de las casas, comercios y otro tipo de construcciones predominantes en una ciudad (Ahiablame et al., 2013; Angrill et al., 2017).
Por el contrario, las tecnologías de bajo impacto (por sus siglas en inglés "Low Impact Development", LID) son una filosofía que se enfoca en la rehabilitación de ciclos hidrológicos urbanos. Las tecnologías LID se orientan hacia el diseño descentralizado de infraestructura que sirva para aprovechar de una manera equilibrada la escorrentía superficial urbana, alterando lo menos posible las condiciones hidrológicas existentes previas a la urbanización de una ciudad (Davis, 2008). Entre las tecnologías LID más comunes están el pavimento permeable y la cosecha de agua de lluvia a través de las azoteas. La incorporación de este tipo de sistemas en las ciudades facilita la evapotranspiración, infiltración y recarga de acuíferos, así como su recuperación para usos no potables a nivel doméstico.
Sistemas ingenieriles-ecológicos tales como los LID, son prácticas que se caracterizan por ser auto-sostenidos, lo que implica que sólo la infraestructura inicial es responsabilidad del ser humano, mientras que su supervivencia y permanencia en un entorno urbano deben funcionar por sí mismas. Este trabajo describe cómo estas tecnologías se pueden implementar a nivel de vivienda unifamiliar y ser auto-construidas por el propietario y usuarios. Por un lado, se cuantificó teóricamente el volumen de agua de lluvia cosechable en azoteas de viviendas unifamiliares con fines de almacenamiento y reutilización para uso doméstico no potable.
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instalarse en andadores, estacionamientos y cocheras. Como
vivienda unifamiliar se entie
propio e independiente" (CONAVI, 2010).
2.
2.1 Cosecha de Agua de Lluvia
Para conocer el volumen de almacenamiento, es necesario
considerar los valores
-Mendiola et al., 2015), se
(1980-2013) (Tabla 1):
E F M A M J J A S O N D Prom.
38.2 84.6 0.0 64.3 6.7 48.8 249.4 31.7 49.1 12.8 0.0 0.0 48.8
Prom. = Promedio
vienda (Nd) es de 3.7
suministro municipal; superficies de azotea de concreto
(INEGI, 2016), con un coeficiente de escurrimiento (C,
ad
100 m2
(Dt, m3):
Dt = (Nu)(Nd)(Dot)1000 (1)
donde:
o de usuarios.
La oferta total equivale al volumen cosechable (Ai, m3),
Ai = (Pi)(C)(Ac)
1000
(2)
n 3):
Vi =Aai - Dai (3)
donde:
Vi= volumen de almacenamiento (m3).
Aai= oferta mensual acumulada (m3).
Dai= demanda mensual acumulada (m3).
2.2 Pavimento permeable
, tal como se indica en la
siguiente Tabla 2:
Tabla 2:
Tipo de
material
Cantidad de material
kg %
½” Grava 2.432 40
³⁄₈” Grava 1.824 30
¼” Grava 1.216 20
#4 Grava 0.608 10
Arena 0.608 10
Las proporciones utilizadas para elaborar 1 m3 de pavimento
permeable se muestran en la Tabla 3:
3 de pavimento
permeable
Material Unidad
Cemento 350 kg/m
Arena 127.5 kg/m
Grava 1275 kg/m3
Agua 140 L/m
, se realizaron pruebas en laboratorio para medir
permeabilidad del pavimento se vertieron 15 L de agua de
manera que
permeabilidad.
3. Resultados y
potables
La demanda total (Dt) requerida en una vivienda
tanto, el mes con menor demanda es febrero, mientras que 7 3 y 5
meses a 14 m3
disminuyen (periodo vacacional, fines de semana, entre otros
factores).
Figura 1: Demanda de agua potable total requerida por vivienda
unifamiliar
3
3
3
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Por otra parte, la capacidad de viviendas unifamiliares de 100 m2 de superficie de azotea para cosechar un volumen suficiente (Ai) que satisfaga las necesidades de consumo no potable durante todo el año, son bajas (Figura 2).
Figura 2: Volúmenes de agua de lluvia cosechables en azotea de vivienda unifamiliar
Esto se debe a que los volúmenes cosechables sólo son
eficientes durante los meses de lluvias (abril a octubre). Sin embargo, excepto durante los meses de marzo, noviembre y diciembre, el resto del año sería posible interceptar volúmenes suficientes para cubrir necesidades básicas como limpieza y riego de áreas verdes (alrededor del 25% del consumo necesario). En cuanto al volumen disponible para almacenamiento, sería insuficiente para satisfacer la Dt de la vivienda unifamiliar (Figura 3).
Figura 3: Volúmenes disponibles para fines no potables
Sin embargo, en este trabajo se sugiere utilizar sólo el 25% del Vi para fines no potables. De acuerdo con esta propuesta, se observa que, excepto enero, marzo, mayo y junio, el resto del año podría sustituirse ese volumen con agua de lluvia cosechada.
3.2 Capacidad de infiltración en estacionamientos, cocheras y andadores
En la siguiente figura se pueden observar los resultados de la resistencia a la compresión en especímenes de pavimento permeable (Figura 4).
Los valores obtenidos (máximo de 62.71 kg/cm2) indican que éste puede ser utilizado en andadores, estacionamientos y cocheras. En cuanto a su permeabilidad, las lecturas incluidas en la Tabla 4 permitieron estimar la capacidad de infiltración, donde, para un pavimento permeable con espesor de 7 cm, su permeabilidad es de 21.7 L/min.
Figura 4. Comportamiento mecánico de los especímenes de concreto permeable
Tabla 4. Lecturas de permeabilidad en especímenes de concreto permeable
De acuerdo con datos del IMCYC (2011), aunque la capacidad de drenaje de un pavimento permeable depende del tamaño del agregado, ésta varía entre 81 y 730 L/min/m2, por lo que los resultados obtenidos pueden interpretarse como buenos para favorecer la infiltración hacia el subsuelo. 4. Conclusiones
Se concluye que las dos tecnologías LID analizadas en este trabajo representan una buena oportunidad de interceptar el agua en azoteas de viviendas unifamiliares y sustituir la cuarta parte necesaria para consumo no potable. En cuanto al pavimento permeable, representa una buena alternativa para favorecer nuevas áreas de recarga en zonas urbanizadas consideradas como impermeables.
English Summary
Low-impact techniques as an alternative to take advantage of rainwater in familiar houses
No. de prueba Cantidad de agua (L) Tiempo (s)
1 15 44
2 15 47 3 15 39
4 15 42
5 15 39
6 15 40
7 15 41
8 15 40
9 15 41
10 15 40
Promedio = 41.3 s
Liliana Lizárraga et al. / Publicación Semestral Pädi No. 10 (2017) 42–45 45
Abstract In this work, we analyzed the possibilities of implementing
low-impact technologies (rain water harvesting in roofs and permeable pavement) in a family house type housing. It is quantified by the volumes of harvestable rain water and a mixture of permeable pavement to determine their mechanical properties (resistance to the compression) and hydraulic (permeability). It was noted that it is possible to harvest sufficient volumes of water on roofs of houses with a surface of 100 m2 that meet at least 25% of the volume needed for non-potable purposes. In addition, it is possible to facilitate the infiltration of surface runoff through permeable pavements for parking lots, and garages. This type of technologies could self-built by owners and users.
Keywords:
Rain water harvesting, permeable pavement, low impact development techniques
Agradecimientos
El Cuerpo Académico “Ingeniería Civil Sustentable y Tecnología de Materiales” agradece al Programa de Mejoramiento al Profesorado, SEP, por el financiamiento otorgado para el fortalecimiento de Cuerpos Académicos 2016 - 2017.
El Grupo de Investigación “Arquitectura, tecnología y habitabilidad” agradece al Programa de Mejoramiento al Profesorado PRODEP al proyecto para la incorporación de nuevos Profesores de Tiempo Completo PTC 2016 – 2017.
Referencias
Ahiablame, L. M., Engel, B. A., y Chaubey, I. (2013) Effectiveness of low impact development practices in two urbanized watersheds: Retroffiting with rain barrel/cistern and porous pavement. Journal of Environmental Management, 119, 351-361.
Angrill, S., Petit-Boix, A., Morales-Pinzón, T., Josa, A., Rieradevall, J., y Gabarrell, X. (2017) Urban rainwater runoff quantity and quality A potential endogenous resource in cities?. Journal of Environmental Management, 189, 14-21.
CONAVI (2010) Comisión Nacional de Vivienda. Código de Edificación de Vivienda. 496 p. [en línea]. https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/85460/Codigo_de_Edificacion_de_Vivienda.pdf.
Davis, A. P. (2008) Field performance of bioretention: Hydrology impacts. Journal of Hydrological Engineering, 13(2), 90-95.
DOF (2015) Diario Oficial de la Federación. NMX-C-083-ONNCCE-2014, Industria de la construcción-Concreto-Determinación de la resistencia a la compresión de especímenes-Método de ensayo [en línea]. http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5387841&fecha=06/04/2015.
DOF (2016) Diario Oficial de la Federación. NMX-C-159-ONNCCE-2016, Industria de la construcción-Concreto-Elaboración y curado de especímenes de ensayo [en línea]. http://dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5445530&fecha=22/07/2016.
IMCYC (2011) Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. Concreto permeable: alternativas sustentables. Editado por: Carlos Aire. Construcción y Tecnología en Concreto, junio 2011, número 03 [en línea]. http://www.imcyc.com/revistacyt/jun11/arttecnologia.htm.
INEGI (2016a) Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Inventario nacional de viviendas [en línea]. http://www.beta.inegi.org.mx/app/mapa/inv/.
Lizárraga-Mendiola, L., Vázquez-Rodríguez, G., Blanco-Piñón, A., Rangel-Martínez, Y., y González-Sandoval, M. R. (2015) Estimating the Rainwater Potential per Household in an Urban Area: Case Study in Central Mexico. Water, 7, 4622-4637.
